Методическая разработка урока физики для профильного класса (политехнический, физико-математический)
Урок 11/41 11 класс
Тема: Телевидение. Развитие средств связи.
Цели урока:
образовательная: познакомить учащихся с основными принципами процесса передачи и приема изображений, устройством современных систем передачи и воспроизведения телевизионного изображения;
развивающая: формирование навыков аналитического мышления, направленных на глубокое понимание смысла, сущности явления, умения прослеживать логику рассуждений, составить логически связанный рассказ об устройстве и принципах действия приборов;
воспитательная: развитие познавательной активности школьников к изучению современных достижений физической науки в области систем цветного телевидения, развитию средств спутниковой связи.
Содержание урока:
Организационный момент
Проверка знаний.
Индивидуальный опрос у доски.
Вопросы:
Модуляция;
Детектирование.
Время подготовки отвечающих – 10 мин.
Фронтальный опрос.
Вопросы:
Какие диапазоны радиоволн вы знаете?
Какие длины вол соответствуют этим диапазонам?
Почему радиосигнал на длинных и средних волнах можно услышать только от близко расположенных радиостанций, а радиосигнал на коротких волнах можно принимать от радиостанций из любой точки земного шара?
Что собой представляет ионосфера?
Какую роль играет ионосфера в распространении коротких радиоволн?
Какова особенность в распространении УКВ?
Будет ли влиять солнечная активность (время суток, время года) на устойчивую радиосвязь? Для каких волн это особенно характерно?
Какое свойство электромагнитных волн лежит в основе радиолокации?
Какой диапазон радиоволн используется при работе радиолокационной станции?
Как определить расстояние до радиолокационной цели?
Как определяется направление на объект? В чем удобство использования ЭЛТ при радиолокации?
Где применяется радиолокация?
Индивидуальный опрос. Время ответа каждого учащегося – 7-8 мин.
Изучение нового материала.
Вопросы: Основные принципы передачи изображения телевизионной станцией и приема его телевизором. Преобразование светового изображения в электрические импульсы. Устройство и принцип действия иконоскопа. Видикон. Прием телевизионных сигналов, ЭЛТ телевизора. Преобразование электрических импульсов в световые сигналы и воспроизведение изображения. Обеспечение синхронности работы передающей и приемной телевизионных станций. Телевизионная связь через искусственные спутники Земли. Цветное телевидение.
Учитель: С помощью радиоволн можно осуществлять не только передачу звуковых сигналов, но и изображение предметов.
В основе телевизионной передачи изображений лежат три физических процесса:
преобразование оптического изображения в электрические сигналы;
передача электрических сигналов по каналам связи;
преобразование переданных электрических сигналов в оптическое изображение.
Рассмотрим каждый из этих процессов в отдельности.
Преобразование видимого изображения в электрический сигнал происходит в передающей телевизионной камере, которая состоит из объектива и передающей вакуумной электронной трубки – иконоскопа (см. рис. 1).
Р [pic]
ис. 1
В настоящее время громоздкие иконоскопы заменены полупроводниковыми приборами – видиконами (см. рис. 2).
Р [pic]
ис. 2
Экран иконоскопа состоит из металлической поверхности, покрытой слоем диэлектрика, на который методом напыления наносят металлические площадки: 625 рядов по вертикали и около 800 по горизонтали. Это и есть мозаичный экран (см. рис.3).
Каждая ячейка мозаики заряжается, причем ее заряд зависит от интенсивности падающего на ячейку света. Под действием света за счет явления фотоэффекта, открытого русским ученым Столетовым, с поверхности площадки вырываются электроны. Поэтому каждая ячейка получает
[pic]
[pic] Рис. 3 Рис. 4
электрический заряд в зависимости от ее освещенности. Отдельная ячейка и металлическая пластина образуют маленький конденсатор, заряженный до определенного значения напряжения в зависимости от освещенности. Электронный луч, последовательно пробегая по ячейкам одной горизонтальной строки, разряжает эти конденсаторы. Ток разрядки конденсатора будет пропорционален напряжению на каждом из этих конденсаторов. То есть, величина силы тока в резисторе R (см. рис. 4) зависит от освещенности мозаичных пластин иконоскопа. В конце каждой строки вырабатывается специальный синхронизирующий импульс, который управляет электронным лучом в телевизионном приемнике. Таким образом, электронные лучи иконоскопа и кинескопа в телевизоре (приемная ЭЛТ) движутся синхронно. Если синхронность нарушается, то изображение искажается.
Электронный луч в иконоскопе пробегает все 625 строк мозаичного экрана и в конце каждой строки вырабатывается импульс кадровой синхронизации.
Вид электрического сигнала на одной строке будет следующим (см. рис. 5). В зависимости от величины потенциала меняется ток через резистор. Этот электрический сигнал усиливается и им модулируются высокочастотные колебания УКВ диапазона (см. рис.5).
Модулированные колебания усиливаются и подаются в передающую антенну. Вокруг антенны создается переменное электромагнитное поле, распространяющееся в пространстве в виде электромагнитных волн.
Если изображение движущееся, то для его передачи используется следующий принцип: немного отличающиеся друг от друга изображения движущегося объекта (кадры) передают десятки раз в секунду (в нашем телевидении 50 раз, при трансляции кинофильмов 24 раза).
УКВ волны распространяются только в прямой видимости, поэтому антенну передающей станции нужно ставить на более высоком месте. В нашей стране самая высокая передающая антенна находится в Останкино.
Высота телебашни 533 м, что обеспечивает уверенный прием телепередач в радиусе 120 км от Останкино. Для того, чтобы передать телевизионный
[pic]
Рис. 5
сигнал на большие расстояния используются ретрансляторы. Они представляют собой специальные станции (вышки высотой 180 м), устанавливаемые через каждые 60 км, принимающие сигналы, усиливающие их и излучающие дальше.
Развитие средств связи во всем мире привело к тому, что в качестве ретрансляторов используются три стационарных спутника, которые обеспечивают уверенную передачу телевизионного сигнала и, соответственно, уверенный прием в любой точке земного шара (см. рис. 6). Для использования спутниковой связи нужна специальная параболическая антенна, ось которой направлена на ретрансляционный спутник.
Р [pic]
ис. 6
В телевизионном приемнике принятые электромагнитные колебания усиливаются, детектируются, вновь усиливаются и подаются на управляющий электрод приемной телевизионной трубки (кинескопа), которая преобразует электрический сигнал в видимое изображение (см. рис. 7).
[pic]
Рис. 7
Электронная пушка такой трубки снабжена электродом, управляющим числом электронов в пучке и, следовательно, свечением экрана в месте попадания луча. Поэтому светлые места на мозаичном экране иконоскопа будут соответствовать светлым участкам на экране кинескопа, темные – темным (см. рис.). (Если на управляющий электрод подать отрицательный потенциал, то электроны не проходят через него, электронный луч задерживается, не попадает на экран – темное место – не освещается).
Мы рассмотрели передачу черно-белого изображения.
Передача и прием цветных изображений требуют применения более сложных телевизионных систем. Вместо одной передающей трубки требуется применение трех трубок, передающих сигналы трех одноцветных изображений – красного, синего и зеленого цвета.
В отличие от черно-белого телевизора экран кинескопа цветного телевизора покрыт кристаллами люминофоров трех сортов. Одни кристаллы при попадании на них электронного пучка светятся красным светом, другие – синим, третьи – зеленым. Эти кристаллы расположены на экране в строгом порядке. Сигналы поступают от телевизионного передатчика к трем электронно-лучевым пушкам, каждая из которых испускает свой электронный пучок.
На экране цветного телевизора три пучка создают одновременно три изображения красного, зеленого и синего цветов. Наложение этих изображений, состоящих из маленьких светящихся участков, воспринимается глазом человека как многоцветное изображение со всеми оттенками цветов. Одновременное свечение кристаллов в одном месте синим, красным и зеленым с [pic]
ветом воспринимается глазом как белый цвет, поэтому на экране цветного телевизора можно получать и черно-белые изображения (см. рис.8).
Рис. 8
Закрепление изученного материала.
Вопросы:
Каково устройство иконоскопа (опишите работу иконоскопа; каковы основные детали иконоскопа и их назначение)
В каком диапазоне волн работает телевидение?
Почему необходимо наличие ретрансляторов?
Как осуществить передачу телевизионного изображения в любую страну мира?
Каково устройство и принцип действия ЭЛТ приемника телевизионного сигнала?
Где будет более четкое изображение – на маленьком или на большом экране?
Каковы основные особенности приемной трубки для цветного телевидения?
Кристаллами люминофора каких цветов покрыт кинескоп цветного телевизора?
Решение задач.
№ 994, 995, 996, 1002, 1003 [3].
Домашнее задание.
§ 27 [1], § 38, 39 [2].
Литература:
Физика: учебное пособие для 11 классов школ и классов с углубленным изучением физики/Под редакцией А.А. Пинского. – М.: Просвещение, 2012.
Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика: учебное пособие для 11 классов средней школы. – М.: Просвещение, 2012.
Рымкевич А.П. Физика: задачник. 9-11 классы: пособие для общеобразовательных учебных заведений. – М.: Дрофа, 2014.
